玻璃离子水泥的纳米结构增强：释放羟基磷灰石和四钙磷酸盐的潜力

《Journal of Dentistry》：Nano-structural reinforcement of glass ionomer cement: unleashing the potential of hydroxyapatite and tetracalcium phosphate

羟基磷灰石（HAP）和四钙磷酸盐（TTCP）的添加显著改善纳米水门汀（GIC）的离子释放和力学性能，其中TTCP延长凝固时间（570秒）并增强钙/磷酸盐释放（峰值2.4 ppm），HAP提升抗压强度至112.25 MPa，但TTCP组机械强度降低。

　　这项研究探讨了将氢氧化钙（HAP）和四钙磷酸盐（TTCP）添加到制备的纳米级玻璃离子水门汀（GIC）中，对其性能和特性的影响。GIC作为一种广泛应用于牙科的材料，因其在物理、化学以及抗龋性能方面的优势而受到重视。其释放的氟离子和良好的生物活性使其成为理想的牙科修复材料之一。然而，传统GIC在实际应用中也存在一些局限性，例如其与牙齿之间的结合力较弱，以及机械强度相对较低。因此，研究人员希望通过添加HAP和TTCP，改善GIC的性能，使其更适合用于复杂的牙科修复场景。

研究团队将七组样品进行了评估，其中第一组是市售的GIC，作为对照组。其余六组则是在GIC中加入了不同比例的HAP和TTCP。通过对这些材料的化学特性进行分析，包括使用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等方法，研究人员确认了纳米级GIC粉末的无定形结构。这种结构的存在表明，该材料在化学组成上与传统GIC存在差异，可能在生物活性方面具有更高的潜力。

在物理和机械性能方面，研究人员评估了纳米级GIC的颗粒大小分布（PSD）、初始凝固时间、离子释放（包括氟离子、钙离子和磷酸根离子）、pH值测量以及压缩强度。实验结果显示，纳米级GIC粉末的平均颗粒大小为92.2 ± 2.69纳米，相较于对照组的769.3纳米有显著的减少。这种细小的颗粒大小不仅有助于改善材料的表面特性，还可能提高其与牙齿的结合能力。此外，通过球磨处理，研究人员进一步减小了颗粒大小，使主要峰的平均颗粒大小达到了224.22纳米，而次要峰的平均颗粒大小为702.4纳米，表明球磨处理对颗粒大小分布产生了明显的影响。

在离子释放方面，研究发现添加TTCP的GIC表现出更高的钙和磷酸根离子释放能力，尤其是在酸性环境中，这种释放能力更显著。这可能是因为TTCP具有较高的钙磷比例，使其在释放过程中能够提供更多的钙和磷酸根离子，从而促进牙体组织的再矿化。相比之下，添加HAP的GIC则在压缩强度方面表现出显著的提升，最高达到112.25 ± 4.80兆帕。这种增强的机械性能可能是由于HAP在结构上与天然牙齿的矿物成分相似，从而增强了GIC的物理特性。此外，研究还发现，无论是HAP还是TTCP的添加，都会使GIC的pH值从酸性（pH约1.0）转变为中性（pH约6.9），这表明它们在调节材料表面环境方面具有重要作用。

在临床应用方面，研究指出，TTCP的添加可以显著增强钙和磷酸根离子的释放，同时提高pH值，使其更接近中性。这种特性使得TTCP在牙科修复材料中具有潜在的优势，尤其是在促进再矿化和改善生物活性方面。然而，TTCP的添加也会延长GIC的凝固时间，相较于对照组延长了约570秒。这可能会影响其在需要快速固化或承受较大负荷的修复中的应用。相比之下，HAP的添加虽然增强了GIC的机械性能，但可能会降低其整体的机械强度，因此更适合用于不需要承受高负荷的修复材料，如垫底或基底材料。

此外，研究还提到，GIC的凝固时间在临床中是一个重要的参数，因为它影响了材料的固化过程和最终的性能。例如，较长的凝固时间可能会导致材料在固化过程中发生结构变化，从而影响其与牙齿的结合能力。而较短的凝固时间则可能使材料在固化前更容易受到外界环境的影响。因此，研究人员通过调整HAP和TTCP的比例，尝试在凝固时间和机械强度之间找到一个平衡点，以期开发出更适合临床应用的纳米级GIC材料。

从材料的化学组成来看，HAP和TTCP的添加对GIC的特性产生了深远的影响。HAP作为一种天然存在的钙磷化合物，具有较高的稳定性和较低的溶解性，这使其在生物医学应用中表现出良好的生物相容性。而TTCP则因其较高的钙磷比例，具有更强的离子释放能力，尤其是在酸性环境中。这种特性使得TTCP在促进牙体组织的再矿化方面具有重要价值。然而，由于TTCP的添加会延长凝固时间，研究人员需要在材料的固化性能和生物活性之间进行权衡，以找到最佳的配比方案。

在实验过程中，研究人员采用了熔淬法来制备纳米级GIC粉末。这种方法能够通过高温熔融和快速冷却，形成具有特定化学组成的玻璃粉末。通过这种方法，研究人员能够控制材料的化学组成和物理结构，从而提高其性能。例如，通过调整HAP和TTCP的比例，研究人员能够改变材料的离子释放能力和pH值，使其更符合牙科修复材料的需求。此外，熔淬法还能够减少材料的颗粒大小，使其更接近纳米级，从而提高其与牙齿的结合能力。

从实验结果来看，纳米级GIC粉末的颗粒大小显著减小，这可能对其物理和机械性能产生积极影响。例如，较小的颗粒大小可能会增加材料的表面积，从而提高其与牙齿的结合能力。同时，颗粒大小的减小还可能改善材料的流动性，使其更容易在牙科操作中使用。然而，颗粒大小的减小也可能导致材料的机械强度降低，因此研究人员需要在颗粒大小和机械强度之间找到一个平衡点。

在离子释放方面，TTCP的添加显著提高了钙和磷酸根离子的释放能力，而HAP的添加则在压缩强度方面表现出优势。这种差异可能源于两种材料在化学结构上的不同。例如，TTCP的高钙磷比例可能使其在释放过程中提供更多的钙和磷酸根离子，从而促进牙体组织的再矿化。而HAP的结构则可能使其在增强材料的机械性能方面具有更大的潜力。因此，研究人员需要根据具体的临床需求，选择合适的材料配比。

在pH值调节方面，无论是TTCP还是HAP的添加，都会使GIC的pH值从酸性转变为中性。这种转变可能对牙体组织的健康产生积极影响，因为中性pH值更有利于牙体组织的生长和修复。然而，pH值的调节也可能影响材料的其他性能，例如凝固时间和机械强度。因此，研究人员需要在pH值调节与其他性能之间进行权衡，以找到最佳的材料配方。

在实际应用中，研究人员发现，TTCP的添加更适合用于需要促进再矿化和改善生物活性的修复场景，而HAP的添加则更适合用于需要提高机械强度的修复材料。这种差异表明，HAP和TTCP在牙科修复材料中的应用具有不同的侧重点。因此，研究人员需要根据具体的临床需求，选择合适的材料配比。

此外，研究还指出，纳米级GIC的制备过程对材料的性能产生了重要影响。例如，熔淬法能够通过高温熔融和快速冷却，形成具有特定化学组成的玻璃粉末，从而提高其性能。而球磨处理则能够进一步减小颗粒大小，改善材料的流动性。因此，研究人员需要综合考虑多种制备方法，以找到最佳的材料配方。

在实验过程中，研究人员还采用了统计分析方法，包括单因素方差分析（one-way ANOVA）和重复测量方差分析（repeated measures ANOVA），并结合事后检验（post-hoc tests）来评估不同组之间的差异。通过这些分析方法，研究人员能够确认不同组之间的性能差异是否具有统计学意义。例如，TTCP的添加显著延长了凝固时间，而HAP的添加则显著提高了压缩强度。这些结果表明，HAP和TTCP的添加对GIC的性能产生了显著的影响。

从临床角度来看，这项研究的结果表明，纳米级GIC材料在添加HAP和TTCP后，可能在多个方面表现出优势。例如，TTCP的添加可以显著增强钙和磷酸根离子的释放能力，从而促进牙体组织的再矿化。而HAP的添加则可以提高材料的机械强度，使其更适合用于需要承受较大负荷的修复场景。然而，由于TTCP的添加会延长凝固时间，研究人员需要在材料的固化性能和生物活性之间找到一个平衡点。

此外，研究还指出，纳米级GIC材料在制备过程中需要注意多个因素，例如化学组成、颗粒大小、凝固时间以及pH值调节。这些因素都会影响材料的性能和临床应用。因此，研究人员需要综合考虑这些因素，以找到最佳的材料配方。

总的来说，这项研究为纳米级GIC材料的开发提供了重要的参考。通过添加HAP和TTCP，研究人员能够改善材料的性能，使其更适合用于复杂的牙科修复场景。然而，研究也指出，这种改进需要在多个方面进行权衡，例如凝固时间、机械强度以及pH值调节。因此，未来的研究需要进一步探索这些材料在临床中的应用价值，以及它们的长期性能。